Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Czy starzenie się komórkowe może być bezpieczną alternatywą dla inwazyjnych terapii przeciwnowotworowych?
Czy starzenie się komórkowe może być bezpieczną alternatywą dla inwazyjnych terapii przeciw
Politycy i ekonomiści zgodnie przyznają, że społeczeństwa się starzeją, a w przyszłości będzie to duży problem dla służby zdrowia. W Polsce mamy kilkanaście tysięcy pediatrów, a tylko sto kilkudziesięciu geriatrów. Ciągle pokutuje przekonanie, że starzenie się to destrukcja i nic nie da się z tym zrobić. Mimo to na całym świecie prowadzone są badania nad różnymi zabiegami, które opóźniłyby a nawet zatrzymały procesy starzenia. A im więcej wiemy na temat samego zjawiska starzenia, tym bardziej staje się to realne. „Kiedy zaczynałam badania nad starzeniem, to marzyłam tylko o tym, aby zaspokoić swoją ciekawość o mechanizmach tego procesu . Nigdy nie myślałam o badaniach, w których możemy powstrzymać proces starzenia i zapobiec wielu chorobom, które towarzyszą starzeniu” – tak mówi profesor prof. dr hab Ewa Sikora z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Neneckiego i jednocześnie dzisiejsza bohaterka cyklu „Potencjał Nauki Polskiej”.

Biotechnologia.pl: W naturalny sposób proces starzenia się kojarzony jest ze śmiercią. Czy można przypuszczać że w Pracowni Pani Profesor wychodzicie naprzeciw temu sformułowaniu?

prof. dr hab. Ewa Sikora: Jest wiele teorii mówiących o tym dlaczego się starzejemy. Według profesora Skulacheva starzenie  jest zaprogramowane i kończy się  fenoptozą, czyli śmiercią całego organizmu, która zaczyna się od śmierci komórek. Jednakże taki punkt widzenia raczej jest odosobniony. W naszej pracowni, od dawna interesujemy się procesami starzenia komórkowego i śmierci komórkowej i wiemy, że komórka, która uległa starzeniu może żyć bardzo długo.

Przeglądając państwa imponujący dorobek naukowy, nie da się ukryć że interesują się państwo starzeniem komórkowym, ale w połączeniu ze zjawiskiem nowotworzenia.

My interesowaliśmy się zawsze starzeniem i śmiercią komórek nowotworowych i komórek prawidłowych, jednak żeby usystematyzować przedstawione przeze mnie informacje to wrócę jeszcze na chwile do starzenia komórkowego. Starzenie komórkowe, polega na tym, że komórka prawidłowa, starzeje się , bo przestaje się dzielić, czyli podstawawą cechą starzenia komórkowego jest zatrzymanie podziałów komórkowych. Komórka stara nie umiera natychmiast, ale może żyć bardzo długo zarówno w hodowli jak i w organizmie. Wyjątkiem są np.: komórki mięśni, które umierają na starość; zjawisko to nazywamy sarkopenią. Komórki stare są duże i mają bardzo dużo wakuoli. Najważniejsze w tym wszystkim jest jednak to, że taka starzejąca się komórka żyje i wydziela do środowiska bardzo dużo czynników prozapalnych m.in. interleukinę 6. Osoby w podeszłym wieku charakteryzują się chronicznym stanem zapalnym, który  jest odpowiedzialny za powstawanie wielu chorób, związanych z wiekiem, tak jak na przykład choroby nowotworowe, choróby układu krążenia,  cukrzyca typu II, a nawet choroby neurodegeneracyjne.

A jak wygląda molekularne identyfikowanie komórek starzejących się lub starych, czy jest ono trudne?

Komórki stare można bardzo łatwo identyfikować, ponieważ aktywują enzym tzw. kwaśną β-galaktozydazę. Zazwyczaj takie oznaczenia wykonujemy za pomocą prostego testu kolorymetrycznego, gdyż produkt działania tego enzymu ma kolor niebieski, a komórki zabarwione można policzyć pod mikroskopem. Poza tym komórki stare robią się bardzo duże, a także uruchamiają charakterystyczne ścieżki sygnalizacyjne.

Czy w swoich badaniach skupiają się państwo na określonych czynnikach zewnętrznych, które prowadzą do starzenia się komórek?

Liczne badania naukowe dowodzą, że uszkodzenia DNA są głównym czynnikiem starzenia się komórki. Jak wiemy każda komórka organizmu jest podatna na ciągłe uszkodzenia DNA, które występują pod wpływem reaktywnych form tlenu, błędów replikacji, czy też czynników zewnętrznych. Jeżeli uszkodzenia DNA, znajdują się w części telomerowej chromosomów zbudowanych z niekodującego DNA, to stają się one główną przyczyną starzenia się komórek. Takie permanentne i nienaprawiane uszkodzenia DNA są sygnałem do zatrzymania podziałów komórki. Jest to bardzo prosta ścieżka sygnalizacyjna, ponieważ uszkodzenia DNA, aktywują kinazę ATM, dla której jednym z substratów jest białko p53 – czynnik transkrypcyjny, który z kolei transaktywuje gen odpowiedzialny za produkcję białka p21. Białko p21 jest inhibitorem cyklino-zależnych kinaz i w komórce odpowiedzialne jest za kontrolę i zatrzymanie podziałów komórkowych. Tak więc, w celu wywołania starzenia komórki traktujemy czynnikami uszkadzającymi DNA.

Zawsze wydawało mi się, że starzenie zapobiega transformacji nowotworowej?

Jest to dość oczywiste stwierdzenie, ponieważ jeżeli komórka nieodwracalnie przestaje się dzielić, to mimo różnych czynników zewnętrznych nie stanie się nigdy komórką nowotworową. Komórki nowotworowe charakteryzują się tym, że się nie starzeją, bo są nieśmiertelne. Oznacza to, że utraciły one kontrolę podziałów. Można zatem z całą pewnością stwierdzić, że choroba nowotworowa polega m.in. na „ucieczce” od starzenia komórki. Mimo to, niedawno okazało się, że komórki nowotworowe też, mogą  się starzeć, ale w sposób nie replikacyjny. Replikacyjne starzenie polega na tym, że z każdym podziałem komórkowym, skracają się telomery, co powoduje zainicjowanie sygnału o uszkodzeniach DNA. Zjawisko starzenia repliakcyjnego zaobserwował po raz pierwszy Leonard Hyflick na początku lat 60.ubiegłego wieku, później natomiast wyjaśniono jego mechanizm. Mniej więcej od 2000 roku wiadomo, że komórki mogą się starzeć w sposób przyśpieszony i te uszkodzenia DNA, o których mówiłam mogą natychmiast zatrzymać podziały komórkowe. Takie starzenie jest zjawiskiem niezależnym od skracania się telomerów. Niedawno okazało się, że czynniki stosowne w leczeniu nowotworów to znaczy radio- i chemioterapia, może wywoływać w komórkach nowotworowych nie tylko śmierć, ale i ich przyspieszone starzenie.

 

 

Czy można wnioskować, że w indukowaniu starzenia się komórek nowotworowych należałoby zastosować dużo mniejsze dawki leku i promieniowania, co z pewnością byłoby korzystne dla pacjenta i dla całego jego organizmu?

Na początku naukowcom bardzo trudno było pogodzić się z tym, że komórki nowotworowe się starzeją, bo przecież są nieśmiertelne (nie mają limitu podziałów) i mogą tylko dzielić się, albo umrzeć. Jednakże istnieje już wiele badań, które pokazują że prawie wszystkie typy nowotworów ulegają starzeniu pod wpływem chemio- czy radioterapii. Obecnie jest coraz więcej danych pokazujących, że w guzach nowotworowych są też stare komórki. Nawet już rutynowo stasowana chemio- czy radioterapia powoduje nie tylko śmierć ale i starzenie komórek nowotworowych. W prowadzonych przez nas badaniach dowiedliśmy, że głównym i pierwotnym mechanizmem indukcji starzenia się są uszkodzenia DNA. Natomiast wiele komórek nowotworowych ma zmutowany, albo zupełnie nieaktywny gen p53, a produkt tego genu jest niezbędny do zatrzymania podziałów. Zauważyliśmy jednak, że mimo iż niektóre komórki nowotworowe nie mają aktywnego genu  produkującego białko p53 to jednak się starzeją. W związku z tym powstał pomysł, aby szukać ścieżki alternatywnej, która nie prowadzi do białka p53. Wydaje się, że odpowiedzią na stawiane przez nas pytania jest czynnik transkrypcyjny, NFkB który „potrafi odbierać” sygnały o uszkodzeniach DNA. Ponadto czynnik ten jest odpowiedzialny za aktywację wielu genów, które pośredniczą w produkcji prozapalnych cytokin. Co ciekawe, z dotychczas prowadzonych przez nas badań wynika, że stan starych komórek, albo jest przejściowy i część z tych komórek umiera, albo w pewnej części populacji komórek starych następuje wznowa podziału. Traktujemy komórki związkami uszkadzającymi DNA i obserwujemy bardzo dużą liczbę starych komórek, ponieważ są one olbrzymie i mają aktywną β-galaktozydazę, jednakże po pewnym czasie w takiej hodowli pojawiają się kolonie małych komórek. Takie zjawisko bardzo nas zaintrygowało, ponieważ taki rezultat prowadzonych przez nas badań skłonić mógłby ku stwierdzeniu, że cześć komórek nie uległa starzeniu i  to one się dzielą. Nam jednak udało się stworzyć taką hodowlę, że mamy 100 % komórek starych i po jakimś czasie pojawiają się w hodowli właśnie te małe nowe komórki. A odpowiadając na pytanie, to rzeczywiście mniejsze dawki leku są potrzebne to wywołania przyspieszonego starzenia komórek niż ich śmierci.

 

 

W jaki sposób indukują państwo starzenie komórkowe?

Zazwyczaj do hodowli komórkowych dodajemy leki, które od dawna stosowane są w leczeniu nowotworów, takie jak doksorubicyna i etopozyd. W swojej aktywności przeciwnowotworowej leki te wpływają na aktywność topoizomeraz, czyli w sposób pośredni prowadzą do trwałych pęknięć DNA. Istnieją dane literaturowe potwierdzające hipotezę, że komórki nowotworowe mogą dzielić się w sposób nietypowy, amitotyczny np.: w zespole Rajamarana obserwowano „pączkowanie” komórek, nowotworowych. Poszukując potwierdzenia dla tej hipotezy natrafiłam na pracę Jekateriny Erenpreisy, która wykazała, że nowotwory po naświetleniu wchodzą w taki cykl, że z dużej, poliploidalnej komórki nowotworowej, mogą powstać komórki, potomne przechodzące normalne podziały mitotyczne. W swojej pracy Erenpreisa nie brała nigdy pod uwagę procesu starzenia, ale my zauważyliśmy, że jeżeli indukujemy starzenie w komórkach nowotworu okrężnicy HCT 116, to stają się one poliploidalne. Takie wielkie poliploidalne komórki mogą wchodzić w nietypowe podziały, ponieważ mają 7, 8 a czasami i więcej wrzecion podziałowych. Dzisiaj wydaje nam się, że taka duża komórka rzeczywiście daje potomstwo w postaci kilkunastu małych komórek. Prawdopodobnie część tego potomstwa przeżywa, a część nie. Dotychczas naszym największym problemem była trudność w pokazaniu na żywych komórkach, czy to stara komórka się dzieli, czy komórka, która jest na drodze do starzenia.

 

 

W tym momencie należałoby zastanowić się czy definicja starzenia się, która mówi o zatrzymaniu się podziałów komórkowych, w odniesieniu do komórek nowotworowych jest dobrą definicją?

Obecnie, w naszym modelu badawczym mamy taka sytuację, że w hodowli mamy 100 % komórek starych, czyli takich nie dzielących się. Potem pojawiają się te nowo powstałe komórki potomne, które dzielą się normalnie w mitotyczny sposób. Przez pewien czas mają one nawet inny kariotyp od tych wyjściowych, komórek. Jest w hodowli dużo komórek, które różnią się między sobą liczbą chromosomów, ale i tak gros z nich ma ten sam kariotyp jak komórki wyjściowe. Te komórki HCT116, mające 45 chromosomów powracają do tego kariotypu, aczkolwiek uważamy, że być może jest to sposób na selekcje komórek nowotworowych, ponieważ część z tych komórek ma inny genotyp, wiec komórki te mogą nabierać innych, korzystniejszych dla nich cech.

 

 

Ale starzenie się komórek, jest takim procesem, którego nie da się wykluczyć, a co z komórkami, które się nie dzielą, ale funkcjonują prawidłowo w organizmie człowieka?

Tak jak wcześniej powiedziałam, główną cechą starzenia się jest zatrzymanie podziału w komórce, natomiast w naszym organizmie są też komórki post-mitotycznie, które się nie dzielą i te komórki też w jakiś sposób się starzeją. Dlatego postawiliśmy sobie pytanie czy uszkodzenia DNA, które indukują proces zatrzymania podziałów komórkowych czyli starzenia się komórkowego, albo apoptozy może powodować starzenie również w komórkach, które się nie dzielą. Wydawać by się mogło, że takie komórki są poza cyklem i nie ma tam miejsca na aktywacje procesów, które prowadzą od uszkodzenia DNA do białka p21. Jednakże  ostatnio pojawiła się praca Thomasa von Zglinickiego z Newcastle, która mówi o tym, że w mózgu szczurów uruchamiana jest ścieżka prowadząca od uszkodzeń DNA do kinazy ATM i do białka p21. Takie doniesienie jest o tyle interesujące, że w mózgu większość komórek się nie dzieli i jest tylko mała pula komórek macierzystych, w której dochodzi do podziałów komórkowych. Konkluzją tych badań było stwierdzenie, że ścieżka uszkodzeń DNA poprzez kinazę ATM, aż do białek p53 i p21, może być aktywowana również w niedzielących się neuronach. Dlatego kolejne nasze badania dotyczyć będą procesu starzenia się w komórkach postmitotycznych i roli uszkodzeń DNA w tym procesie. Naszym modelem badawczym będą neurony izolowane z mózgów szczurów. Chcemy też sprawdzić, czy podobne zjawisko, może zaistnieć w komórkach spoczynkowych np.: w limfocytach człowieka.

 

 

Czy w swoich badaniach próbują państwo połączyć proces starzenia i różne rodzaje śmierci komórkowej?

W przypadku naszych badań prowadzonych na komórkach nerwowych dołączyliśmy jeszcze proces autofagii, który może prowadzić, albo do starzenia albo do śmierci komórki. Nasza koleżanka z zespołu, Grażyna Mosieniak opublikowała już pracę, w której pokazuje, że komórki nowotworowe, zanim się zestarzeją, to wchodzą w stan autofagii, Teraz zajmujemy się związkiem autofagii ze starzeniem komórkowym. Ciekawe wyniki, otrzymaliśmy w eksperymentach wykonywanych na komórkach raka piersi MCF-7, w których indukujemy starzenie pochodnymi melatoniny. Pochodne te otrzymaliśmy od prof. Czarnockiego z wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, z którym współpracujemy. Celem naszych badań, jest sprawdzenie, czy w komórkach niezależnego od estrogenu raka piersi, badane pochodne melatoniny indukują starzenie i autofagię.

 

 

W jaki sposób badania, które państwo prowadzą można przełożyć na wymiar aplikacyjny?

Od dawna marzymy, aby nasze badania dotyczące zwłaszcza starzenia komórek nowotworowych, były prowadzone również na materiale pochodzącym od pacjentów i jest nadzieja, że nasze marzenie się ziści. Potrzebna jest do tego współpraca z klinicystami i taką już właśnie nawiązaliśmy.

 

 

Czy myśleli państwo aby swoje inne badania prowadzić również na komórkach uzyskanych od ludzi?

W zasadzie od dawna zajmujemy się badaniem starzenia komórek człowieka. Robiliśmy to  w ramach polskiego programu PolStu oraz dwóch wieloośrodkowych grantów europejskich. Doświadczenia przez nas wykonywane były prowadzone również na  krwi pępowinowej noworodków. Z danych literaturowych wiadomo, że limfocyty T starzeją się w dość specyficzny sposób, ponieważ zmieniają swój fenotyp. Można je dokładnie zidentyfikować za pomocą cytometrii przepływowej, na podstawie białek powierzchniowych tych komórek, tzw.CD. Jednym z ważniejszych białek powierzchniowych limfocytów T są receptory CD 28, niezbędne do przekazywania sygnałów do wnętrza komórki, związane z podziałem komórkowym. Jeżeli w środowisku jest patogen, to limfocyty T musza zacząć dzielić się, tak aby ochronić organizm przed tym patogenem. Takie podziały z wiekiem prowadzą do tego, że powstaje coraz więcej komórek w organizmie, które przestały się dzielić, i które nie umarły w procesie odpowiedzi na patogen, nazywamy je CD28-. Badania przez nas prowadzone dowodzą, że wraz z wiekiem przybywa nam coraz więcej komórek CD28-. Badaliśmy zdolność do proliferacji limfocytów T, pobranych od osób w różnym wieku, w tym stulatków. Zamiast patogenu do stymulacji podziałów komórkowych używaliśmy niespecyficznego mitogenu, tzw. fitohemaglutyniny. Pokazaliśmy, że u ludzi wraz z wiekiem rośnie liczba komórek CD28-, jednakże komórki te są ciągle zdolne do podziałów. Obaliliśmy zatem dogmat, że te komórki nie są w stanie się dzielić, mimo, że dalej uznawane są za komórki stare.

 

 

Szeroka tematyka badań, jakie państwo prowadzą skłania ku temu, aby opowiedziała pani profesor co nieco o współpracy naukowej, którą z pewnością Państwo prowadzą.

Zakończyliśmy dwa  konsorcyjne granty europejskie, w których braliśmy udział, pierwszy z nich to Genetic of Healthy Ageing (GEHA), a drugi „Markage”. Granty te były możliwe go wykonania, dzięki utworzeniu konsorcjum składającego się z wielu osób i ośrodków. W projekcie „Markage” zajmowaliśmy się  między innymi podatnością na śmierć limfocytów T pod wpływem uszkodzeń DNA. Mamy bardzo dobrą współpracę z profesorem Buerkle z Niemiec, którego zespół pomaga nam przy detekcji uszkodzeń DNA. Ostatnio rozpoczęliśmy również dobrze zapowiadającą się współpracę z dr hab  Konradem Siwickim z Centrum Onkologii Warszawie, od którego zresztą otrzymujemy materiał badawczy. Nasz wspólny projekt dotyczy zespołu Nijmegen, który przejawia się mutacją w nibrynie, białku biorącym udział w rozpoznawaniu uszkodzeń DNA. Jest to białko fosforylowane przez kinazę ATM. Specyficzna mutacja, która występuje w genie kodującym nibrynę powoduje, że białko to występuje w skróconej formie, co przekłada się na obniżoną długość życia chorych i ich większą zachorowalnością na nowotwory. Choroba ta po raz pierwszy została zidentyfikowana w Czechach i w Polsce, a dotyczy regionu Europy Środkowej. Materiałem badawczym, na którym pracujemy są komórki unieśmiertelnione, to znaczy, że otrzymano je od pacjentów i uległy one spontanicznej immortalizacji,. Zadaliśmy sobie pytanie, czy uszkodzenia DNA w tych komórkach, które mają defektywną nibrynę, mają wpływ na starzenie tych komórek. To jest oczywiście tylko część naszych kontaktów naukowych. Mamy ich znacznie więcej, gdyż nie opowiedziałm tutaj o wszystkich naszych projektach dotyczących starzenia, w tym  komórek mięśni gładkich naczyń.

 

 

Jakie są państwa perspektywy na przyszłość?

Jesteśmy teraz w bardzo ważnym punkcie, mamy dużo samodzielnych pracowników naukowych, którzy chcieliby pójść własną drogą. Moim marzeniem jest, aby w Polsce dużo więcej grup badawczych zajęło się badaniami nad procesami starzenia. Obecnie jest ich niewiele. Pocieszające jest to, że zgłasza się do nas bardzo wielu studentów z całej Polski, którzy pragną u nas odbyć praktyki studenckie, wykonać prace magisterskie i doktorskie. Niestety nie możemy przyjąć wszystkich chętnych, a szkoda.

Dziękuję za rozmowę i życzymy dalszych sukcesów naukowych.

Wywiad przeprowadziła dr Marzena Szwed, redaktor naukowy portalu Biotechnologia.pl

 

KOMENTARZE
Newsletter